6 Macam Proses Heat Treatment pada Logam

Halo sobat Logam Ceper. Pada kesempatan ini Team Logam Ceper akan menjelaskan tentang proses Heat Treatment pada logam / paduan.

Apa itu Heat Treatment?

Heat Treatment (perlakuan panas) adalah kombinasi dari proses pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu dengan atau tanpa mengubah komposisi logam. Proses Heat Treatment  dilakukan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan tujuan untuk untuk memperoleh sifat-sifat tertentu.

Proses Heat Treatment pada dasarnya terdiri dari beberapa tahapan. Dimulai dengan pemanasan sampai temperatur tertentu, lalu diikuti dengan penahanan temperatur selama beberapa saat, kemudian dilakukan pendinginan dengan kecepatan tertentu.

Lama Pemanasan (Holding Time)

Waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur pengerasan tergantung pada beberapa faktor, seperti jenis tungku, jenis elemen pemanasnya, dan jenis baja. Umumnya dipilih temperatur pengerasan yang tertinggi dari rentang temperatur pengerasan yang sudah ditentukan.

Proses Pendinginan cepat (Quenching)

Quenching adalah proses pendinginan cepat logam dari temperatur austenit, biasanya kisaran temperatur 815°C – 870°C untuk baja. Pemilihan media quenching tergantung pada hardenabilitty dari paduan, ketebalan produk dan tingkat pendinginan yang diperlukan untuk mencapai struktur mikro yang diinginkan. Media yang umum digunakan adalah oli, air, dan gas (helium, argon, nitrogen)

Proses Heat Treatment dibagi menjadi dua kategori, yaitu:

• Pelunakan

Pelunakan adalah proses untuk menurunkan sifat mekanik agar menjadi lunak. Biasanya untuk memudahkan proses permesinan.

• Pengerasan

Pengerasan adalah proses meningkatkan sifat material terutama kekerasan. Biasanya pada produk yang membutuhkan kekerasan yang tinggi seperti alat pencacah batu, kuku bucket excavator dan lain sebagainya.

Macam-Macam Proses Heat Treatment pada Logam / Paduan

Proses Heat Treatment terbagi menjadi 6 macam tergantung fungsinya, berikut penjelasan lebih lanjut.

1. Annealing

Annealing atau anil adalah perlakuan panas yang terdiri dari pemanasan dan penahanan pada suhu yang sesuai, kemudian diikuti dengan pendinginan pada tingkat yang sesuai terutama untuk pelunakan bahan logam. Umumnya pada baja karbon biasa, annealing menghasilkan struktur mikro ferit-perlit. Baja karbon di annealing untuk memudahkan pengerjaan dingin atau permesinan, meningkatkan sifat mekanik atau listrik, atau meningkatkan stabilitas dimensi.

Umumnya, anealing adalah kebalikan dari pengerasan. Logam dianil untuk menghilangkan tekanan internal, untuk melembutkannya dan membuatnya lebih ulet, serta untuk memperbaiki struktur butirannya. Annealing terdiri dari memanaskan logam ke suhu tertentu, menahannya pada suhu tersebut untuk waktu tertentu, dan kemudian mendinginkan logam ke suhu kamar. Proses pendinginan tergantung pada jenis logam dan karakteristik yang diinginkan. Beberapa logam didinginkan dengan tungku, sementara yang lain dapat didinginkan dengan menguburnya dalam abu, kapur, atau bahan lainnya.

2. Hardening

Hardening merupakan jenis perlakuan panas yang bertujuan untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi. Pada proses ini baja dipanaskan pada temperatur 30°C – 50 °C. Ditahan pada temperatur tersebut kemudian didinginkan secara cepat untuk mendapatkan struktur mikro yang keras. Semakin tinggi kandungan karbon semakin tinggi pula kekerasan yang dihasilkan. Hardening ini bisa digunakan pada baja karbon, baja paduan tinggi dan rendah. Unsur Mn, Ni, Cr, Mo meningkatkan kekerasan namun laju pendinginan rendah.

Hardening logam terdiri dari memanaskan baja pada suhu tertentu dan kemudian mendinginkannya dengan cepat ( quenching ) dengan memasukkannya ke dalam minyak, air garam, atau air. Sebagian besar baja membutuhkan pendinginan cepat (quenching) untuk pengerasan, namun beberapa jenis baja dapat didinginkan dengan udara dengan hasil yang sama. Meskipun proses hardening meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja, tetapi akan mengakibatkan berkurangnya keuletan pada baja. Biasanya, semakin keras baja, semakin rapuh jadinya. Untuk menghilangkan sebagian dari kerapuhan, baja harus ditempa setelah pengerasan.

3. Tempering

Tempering adalah proses dimana baja yang sebelumnya di hardening atau di normalisasi, biasanya dipanaskan ke suhu dibawah suhu kritis yang lebih rendah dan didinginkan pada tingkat yang sesuai. Tujuan dari tempering adalah untuk meningkatkan keuletan, ketangguhan, meningkatkan ukuran butir matriks, menghilangkan tegangan dan mengurangi kekerasan yang meningkat selama pengelasan.

Setelah proses pengerasan, baja umumnya lebih keras dari yang dibutuhkan dan terlalu rapuh atau getas untuk sebagian besar aplikasinya. Selain itu, tekanan internal yang keras terbentuk selama pendinginan cepat dari suhu pengerasan. Untuk menghilangkan tekanan internal dan untuk mengurangi kerapuhan, baja harus ditempa setelah mengeras. Proses tempering terdiri dari memanaskan baja ke suhu tertentu (di bawah suhu pengerasannya), menahannya pada suhu tersebut untuk waktu tertentu, dan kemudian mendinginkannya, umumnya dilakukan pendinginan dalam furnace. Kekerasan akhir, kekuatan, dan keuletan tergantung pada suhu dimana baja dipanaskan selama tempering.

4. Normalizing

Normalizing adalah proses perlakuan panas dimana pemanasan mencapai temperatur tertentu, kemudian didinginkan perlahan dengan menggunakan media pendingin udara. Tujuan utama dari normalizing adalah untuk memperoleh struktur yang homogen dan butir-butir kristal yang halus, proses normalizing juga dapat meningkatkan atau menurunkan kekuatan dan kekerasan pada baja, tergantung pada perlakuan panas dan sifat mekanik baja sebelum dilakukan proses normalizing.

Normalisasi berbeda dari anil karena logam dipanaskan ke suhu yang lebih tinggi, yang kemudian dikeluarkan dari tungku untuk di dinginkan dengan udara bebas. Tujuan dasar normalisasi adalah untuk menghilangkan tekanan internal yang disebabkan oleh perlakuan panas, pengelasan, pengecoran, penempaan, pembentukan, atau pemesinan. Jika tidak dikontrol, tekanan dapat mengakibatkan kegagalan logam; maka dari itu, sebelum mengeraskan baja harus dilakukan normalisasi terlebih dahulu untuk mendapatkan hasil yang diinginkan.

5. Nitriding

Nitriding adalah proses perlakuan panas dengan cara benda kerja dipanaskan pada temperatur 500°C selama 40-100 jam sesuai dengan yang dikehendaki. Pemanasan ini dilakukan didalam kamar gas nitrogen yang rapat berisikan sirkulasi amoniak. Gas amoniak akan terurai dan melepaskan atom-atom nitrogen yang akan diserap oleh permukaan baja. Setelah proses nitriding benda akan mengalami perubahan, seperti:

• Permukaan benda yang sangat keras,
• Tahan korosi,
• Tetap keras sampai suhu 500°C

6. Carburizing

Carburizing adalah proses penambahan karbon pada permukaan baja yang mempunyai kandungan karbon dibawah 0.3% sehingga permukaan produk dapat dikeraskan. Ada 3 metode cara carburizing, yaitu carburizing media padat, carburizing media cair dan carburizing media gas. Simak penjelasan metoda carburizing dibawah ini ya sobat.

Carburizing media padat

Cara kerja Carburizing media padat sebagai berikut:

1. Produk yang akan di carburizing dimasukan ke dalam kotak baja tertutup yang berisi bahan carburizing, bahan carburizing seperti durferrit-tempurung kelapa atau arang yang ditambah katalisator. Katalisator ini biasanya sodium carbonat (abu soda) dicampur barium carbonat yang berguna untuk mempercepat dalam proses reaksi kimia,
2. Pemanasan secara perlahan hingga mencapai temperatur 900°C-950°C dan ditahan pada temperatur tersebut hingga 6 jam atau lebih sesuai dengan kekerasan yang diinginkan,
3. Pendinginan dilakukan dalam tungku pemanas sampai temperatur turun 350°C, setelah itu didinginkan di udara bebas,
4. Bila ada bagian yang tidak diperlukan mengalami pengarbonan, bagian tersebut bisa dilapisi dengan tembaga setebal 0,07-0,1 mm, karena karbon tidak melarut pada tembaga padat,
5. Untuk produk kecil, pencegahan bisa dilakukan dengan menggunakan pasta khusus tahan api.

Carburizing media cair

Cara kerja Carburizing media cair sebagai berikut:

1. Proses Carburizing ini dilakukan dalam campuran cairan kimia sodium cyanide (NaCN) 20%-25%, 40% sodium carbonate (Na₂Co₃) dan 40% sodium chloride (NaCl),
2. Konsep kerja dari Carburizing media cair ialah penguraian senyawa sodium cyanide pada permukaan baja. Dimana atom carbon dan atom nitrogen akan memisahkan diri serta memperbanyak kandungan karbon dipermukaan produk material baja,
3. Campuran cairan kimia dipanaskan dalam kotak besi pada temperatur 870°C-950°C, kemudian produk yang akan di carburizing ditempatkan didalam keranjang kawat dan dicelupkan kedalam cairan kimia kurang lebih selama 5 menit, selanjutnya diangkat dan dibersihkan.

Carburizing media gas

Proses carburizing media gas dilakukan dengan memanaskan produk pada temperatur 900°C selama 3 jam atau lebih, didalam dapur khusus yang mengandung gas hydrocarbon methane dan propana, sehingga pada permukaan produk akan terlapisi oleh atom carbon.

Biasanya hydrocarbon dicampur dengan gas campuran nitrogen, hydrogen dan carbon monoxide untuk mendapatkan distribusi gas yang lebih baik.

Carburizing media gas mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan proses carburizing yang lainnya, yaitu:

• Permukaan produk tetap bersih,
• Memungkinkan untuk produksi masal,
• Kandungan karbon pada lapisan bisa dikontrol.

Oke sobat, itu dia pembahasan tentang proses heat treatment pada logam / paduan. Untuk pertanyaan atau info lebih lanjut, sobat bisa sampaikan di kolom komentar atau hubungi langsung Team Logam Ceper.

Penulis: Asep Muhamad | Editor: Tri Rahayu